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高斯列主元消元法解线性方程组

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发表于 2023-12-31 16:34 |只看该作者 |倒序浏览
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这段代码实现了高斯列主元消元法(Gaussian elimination with partial pivoting)来解线性方程组。这个方法是为了避免在计算过程中主元为零,从而导致除零错误或数值不稳定的问题。$ K* ~. Q# f7 s3 l3 e. b% U
以下是对代码的解释:2 q- t) y$ D6 l8 _1 C* R
8 G$ D, g3 d: z3 m" S
1.矩阵初始化:
1 t0 p0 E1 }4 Q0 Y' \* f9 i% t5 J  L  W" F: m) U) a
   a = [0.012, 0.01, 0.167; 1, 0.8334, 5.91; 3200, 1200, 4.2];3 L2 C; _4 a7 U, m7 C3 p
   b = [0.6781, 12.1, 981]';
5 V7 K( w: T4 J  z/ F4 z' x   n = length(b);
2 s  i& m: M4 r$ o9 F8 J( `# c! `( A3 [  x. r. J$ l9 P, D
给定系数矩阵 a 和右侧向量 b,并初始化方程组的大小 n。- D6 C$ S2 B$ i0 q" r
/ \4 Y+ S2 z# d- i* c
2.高斯列主元消元:
: r, j+ M/ d  g# }- p$ {2 i* }% Q, G4 l) @" K5 N% @' Y# Y
   for k = 1:n-1
" A+ X+ I3 J5 @1 |, T5 ~3 f       p = find(abs(a(k:n, k)) == max(abs(a(k:n, k))));   9 H0 ]6 @" s  }
       p = p + k - 1;' C* ]+ i% V. O5 b
       if(p ~= k)
9 p) w+ [8 ~* k& ?2 e0 u$ l7 z           t = a(k, ;
# M6 N. Q0 y3 z& V; A. b1 d! \           a(k, = a(p, ;
& R: @% a# p8 Z+ z0 @9 {+ a% x           a(p, = t;
' q4 k' E5 X+ R( ]           u = b(k);: Q+ Q, g" e: C3 t8 _
           b(k) = b(p);
; j' w" U0 q3 p- n; P$ k( z1 d           b(p) = u;
  s4 {- h4 j6 u. ?( S4 v7 m       end  Y5 q5 O- H& \: u! W/ A
       m(k+1:n, k) = a(k+1:n, k) ./ a(k, k);
7 t, J% p. T, }; r       a(k+1:n, k:n) = a(k+1:n, k:n) - m(k+1:n, k) * a(k, k:n);
; ?' G+ K1 p; ~5 u9 t4 f       b(k+1:n) = b(k+1:n) - m(k+1:n, k) * b(k);  
, V  J2 a  |2 b5 T2 ]- q   end
- }9 q$ n8 }) h: K
; ]# c6 n% s/ G0 S+ x这个部分实现了高斯列主元消元法的过程。在每一步中,选取列主元(绝对值最大的元素所在行),并交换行,然后进行消元。
' I6 E3 E* ^. Z
9 L# ?# c  i5 u1 {3.回代过程:
) k5 g* E$ Z* D- U0 @' D* V. u9 F( p8 Y) I
, e* E3 h/ n/ U; a% B3 ^' ^  W" W% A' h  L   x(n) = b(n) / a(n, n);& k. c& T  i; e5 A
   for i = n-1:-1:1
: w, M) y( p- q. l) Y       sum = 0;3 _# {5 s7 b# G, R
       for j = i+1:n2 \. J+ v/ u2 P2 a$ o7 b/ w
           sum = sum + a(i, j) * x(j);
' P8 u1 D+ ]6 |9 A       end
# C3 y6 k" y" \! H: a, y       x(i) = (b(i) - sum) / a(i, i);
8 _( k7 e, s+ I8 L) D; _6 ]; R   end
( j- F' i2 W1 D2 y" }2 U- F. \1 V; x& T0 h6 d' p: l: x
这个部分实现了回代过程,得到方程组的解向量 x。  o6 ?4 T3 s( K3 I; ~
  U0 ^! ~/ F; Z' L, b: l# I
4.打印结果:$ ~( N( O5 z8 k! V) V
7 M! d- Y7 [8 \3 h: o  A
   jie = x';
" R: H: f" F( d
0 K/ q( W# n3 E% y( {最后,打印求解得到的解向量。; S: w/ V" G1 o) y
这个算法通过选取列主元,可以有效地避免在消元过程中主元为零引起的数值问题。/ l) v+ M* t" Q0 g* U$ f6 L% p

1 b1 |) J& a7 b: Y' C' u7 F& J1 s+ H* V4 ^
zan
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